Journal of IKEEE (전기전자학회논문지)

Institute of Korean Electrical and Electronics Engineers (한국전기전자학회)
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A Study on the Sensor Module System for Real-Time Risk Environment Management

실시간 위험환경 관리를 위한 센서 모듈시스템 연구

  • Cho, Young Chang (Dept. of Aviation Information & Communication Engineering, Kyungwoon University) ;
  • Kwon, Ki Jin (Dept. of Automatic Electrical Engineering, Yeungnam Universisty College) ;
  • Jeong, Jong Hyeong (Dept. of Aviation Information & Communication Engineering, Kyungwoon University) ;
  • Kim, Min Soo (Dept. of Aviation Information & Communication Engineering, Kyungwoon University)
  • Received : 2018.11.27
  • Accepted : 2018.12.10
  • Published : 2018.12.31
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Abstract

In this study, a portable detection system was developed that can detect harmful gas and signals simultaneously in an enclosed space of industrial sites and underground facilities. The developed system is a sensor module for gas detection, a patch type 1 channel small ECG sensor, a module for three-axial acceleration detection sensor, and a system for statistics. In order to verify the performance of the system modules, the digital resolution, signal frequency, output voltage, and ultra-small modules were evaluated. As a result of the performance of the developed system, the digital resolution was 300 (rps) and the signal amplification gain was 500 dB or more, and the ECG module was manufactured with $50mm{\times}10mm{\times}10mm$ to increase patch utilization. It is believed that the product of this research will be valuable if it is used as an IoT-based management system for real-time monitoring of industrial workers.

본 연구에서는 산업현장, 지하시설물의 밀폐공간에서 유해가스 및 생체신호를 동시에 검출이 가능한 휴대형 검출시스템을 개발하였다. 개발된 시스템은 가스검출용 센서모듈, 패치형 1채널 소형 ECG 센서, 3축가속도 검출센서용 모듈 및 통계분석용 시스템이다. 시스템모듈의 성능을 검증하기 위해 디지털해상도, 생체신호증폭도, 출력전압 및 초소형모듈의 크기로 평가하였다. 개발된 시스템의 성능결과 디지털해상도는 300(rps), 신호증폭이득은 500dB이상 성능을 가졌고, 심전도 모듈은 $50mm{\times}10mm{\times}10mm$로 제작되어 패치형으로 활용도를 높일 수 있다. 본 연구의 휴대용 가스검출기 및 패치용 심전도, 가속도검출기는 산업현장작업자의 실시간 감시용 IoT 기반 관리시스템으로 활용한다면 가치가 높을 것으로 생각된다.

Keywords

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Fig. 1. Real-time Risk Environment Monitoring and Management System Diagram. 그림 1. 실시간 위험환경 감시 및 관리시스템 구성도

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Fig. 2. Hazardous gas and bio signal detector. 그림 2. 유해가스 및 생체신호검출기

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Fig. 3. Design of Biosignal Amplifier and Filter Circuit. 그림 3. 생체신호증폭기 및 필터회로 설계

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Fig. 4. Composition of Sensor Device for CO Gas Concentration Detection. 그림 4. CO 가스농도검출용 센서장치 구성

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Fig. 5. Output voltage when supplied with small amount through gas regulator. 그림 5. 가스 레귤레이터를 통해서 미소량 공급시 출력 전압

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Fig. 6. Output voltage at large volume of gas supplied through gas regulator. 그림 6. 가스 레귤레이터를 통해서 많은 양의 가스공급 시 출력전압

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Fig. 7. Experimental of biosignal amplification rate. 그림 7. 생체신호증폭률 실험

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Fig. 8. Design of ECG wireless bluetooth circuit. 그림 8. ECG 무선블루투스 회로설계

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Fig. 9. Design of 3-axial accelerometer. 그림 9. 3축 가속도계 회로 설계

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Fig. 10. 1 channel wireless ECG sensor PCB module. 그림 10. 1채널 무선 심전도 센서 PCB 모듈

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Fig. 11. Experiment with digital resolution for 1 second. 그림 11. 디지털 해상도 1초간 수신데이터 실험

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Fig. 12. Real-time monitoring management system. 그림 12. 실시간 모니터링 관리시스템

Table 1. Result of Gas detector output voltage 표 1. 가스검출기 출력전압 실험결과

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Table 2. Result of biosignal amplification rate. 표 2. 신호증폭률 측정결과

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